JPH10282282A - 原子炉用制御棒 - Google Patents
原子炉用制御棒Info
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- JPH10282282A JPH10282282A JP9086720A JP8672097A JPH10282282A JP H10282282 A JPH10282282 A JP H10282282A JP 9086720 A JP9086720 A JP 9086720A JP 8672097 A JP8672097 A JP 8672097A JP H10282282 A JPH10282282 A JP H10282282A
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- absorbing member
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子炉制御棒における中性子吸収部材と被覆
管とのスウェリングによる機械的干渉を防止する。 【解決手段】 原子炉用制御棒２０は、被覆管２１、被
覆管２１内に積重された上部中性子吸収部材２７と下部
中性子吸収部材２９、上部端栓２３及び下部端栓２５を
有し、下部中性子吸収部材２９の下端部はＡｇ−５５Ｉ
ｎ−５Ｃｄから形成され、それ以外の下部中性子吸収部
材２９及び上部中性子吸収部材２７はＡｇ−１５Ｉｎ−
５Ｃｄから形成されている。
管とのスウェリングによる機械的干渉を防止する。 【解決手段】 原子炉用制御棒２０は、被覆管２１、被
覆管２１内に積重された上部中性子吸収部材２７と下部
中性子吸収部材２９、上部端栓２３及び下部端栓２５を
有し、下部中性子吸収部材２９の下端部はＡｇ−５５Ｉ
ｎ−５Ｃｄから形成され、それ以外の下部中性子吸収部
材２９及び上部中性子吸収部材２７はＡｇ−１５Ｉｎ−
５Ｃｄから形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉の制御に使
用される制御棒に関し、特に加圧水型原子炉の炉内反応
の制御に使用される制御棒の中性子吸収部材に関する。
用される制御棒に関し、特に加圧水型原子炉の炉内反応
の制御に使用される制御棒の中性子吸収部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽水炉の一種である加圧水型原子炉は、
現在広く発電用として使用されているが、多数の燃料集
合体からなる炉心の反応制御には図４に示すような制御
棒組立体１が使用される場合が多い。これを概説する
と、中性子吸収材を被覆管内に有する細長い制御棒３
が、多数スパイダ組立体５から吊り下げられている。ス
パイダ組立体５は、筒状の中心部材とそこから放射状に
延出する複数のフィンガアームとから構成され、そのフ
ィンガ部に制御棒３の上端が連結されている。そして、
制御棒組立体１は図５に示すような状態で使用される。
即ち、複数の燃料棒支持格子７は、所定の配置の格子開
口に制御棒案内管９を挿通支持しており、その制御棒案
内管９の中に、制御棒組立体１の制御棒３が個別に受け
入れられる。そしてその挿入量の大きさに応じて、炉内
核反応を制御する。尚、図において、燃料棒支持格子７
は、制御棒案内管９が挿通されていない他の支持格子開
口に燃料棒８を挿通支持していて、制御棒組立体１があ
る部分の制御棒案内管９と燃料棒８の図示が省略されて
いる。
現在広く発電用として使用されているが、多数の燃料集
合体からなる炉心の反応制御には図４に示すような制御
棒組立体１が使用される場合が多い。これを概説する
と、中性子吸収材を被覆管内に有する細長い制御棒３
が、多数スパイダ組立体５から吊り下げられている。ス
パイダ組立体５は、筒状の中心部材とそこから放射状に
延出する複数のフィンガアームとから構成され、そのフ
ィンガ部に制御棒３の上端が連結されている。そして、
制御棒組立体１は図５に示すような状態で使用される。
即ち、複数の燃料棒支持格子７は、所定の配置の格子開
口に制御棒案内管９を挿通支持しており、その制御棒案
内管９の中に、制御棒組立体１の制御棒３が個別に受け
入れられる。そしてその挿入量の大きさに応じて、炉内
核反応を制御する。尚、図において、燃料棒支持格子７
は、制御棒案内管９が挿通されていない他の支持格子開
口に燃料棒８を挿通支持していて、制御棒組立体１があ
る部分の制御棒案内管９と燃料棒８の図示が省略されて
いる。
【０００３】前述の制御棒３の構造が図６に示されてい
る。薄肉のステンレス鋼等からなる被覆管１１の上端
は、上端部に取り付け用ねじ部を有する上部端栓１３に
よって閉じられ、他方下端は砲弾型の下部端栓１５によ
って閉じられている。そして内部に、上部中性子吸収部
材１７と下部中性子吸収部材１９が積重して収容され、
プレナム内に装填された押さえばね１８により下方に押
さえられている。図７は、その下部中性子吸収部材１９
と被覆管１１との関係を拡大して示しているが、図から
分かるように、下部中性子吸収部材１９の下部は、２段
に直径が小さくなっていて、被覆管１１との隙間は被覆
管１１と上部中性子吸収部材１７の隙間に比し大きくな
っている。これは以下に述べる理由による。通常の出力
運転において、制御棒組立体１は概して炉心の上方に引
き上げられているが、制御棒３の下端部は炉心上部に出
ていることが多い。このため、下部中性子吸収部材１９
の下端部は、中性子を多く吸収してスウェリング（体積
膨張）が大きくなるので、これを吸収して被覆管１１と
の干渉を防止する。尚、上部中性子吸収部材１７と下部
中性子吸収部材１９の中性子吸収材料としては、Ag−１
５In−５Cd合金が使用されている。
る。薄肉のステンレス鋼等からなる被覆管１１の上端
は、上端部に取り付け用ねじ部を有する上部端栓１３に
よって閉じられ、他方下端は砲弾型の下部端栓１５によ
って閉じられている。そして内部に、上部中性子吸収部
材１７と下部中性子吸収部材１９が積重して収容され、
プレナム内に装填された押さえばね１８により下方に押
さえられている。図７は、その下部中性子吸収部材１９
と被覆管１１との関係を拡大して示しているが、図から
分かるように、下部中性子吸収部材１９の下部は、２段
に直径が小さくなっていて、被覆管１１との隙間は被覆
管１１と上部中性子吸収部材１７の隙間に比し大きくな
っている。これは以下に述べる理由による。通常の出力
運転において、制御棒組立体１は概して炉心の上方に引
き上げられているが、制御棒３の下端部は炉心上部に出
ていることが多い。このため、下部中性子吸収部材１９
の下端部は、中性子を多く吸収してスウェリング（体積
膨張）が大きくなるので、これを吸収して被覆管１１と
の干渉を防止する。尚、上部中性子吸収部材１７と下部
中性子吸収部材１９の中性子吸収材料としては、Ag−１
５In−５Cd合金が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の制
御棒においても、直径を２段に小さくした下部中性子吸
収部材を組み込んでいるのであるが、使用による中性子
照射が進むと、下部中性子吸収部材の照射膨張が進み、
最終的には被覆管と干渉し、亀裂を発生せしめる虞れが
ある。従って、本発明は、使用時間を増大しても照射膨
張が少なく、被覆管の亀裂損傷の発生を防止して制御棒
の使用寿命が大幅に延長される原子炉用制御棒を提供す
ることを課題とする。
御棒においても、直径を２段に小さくした下部中性子吸
収部材を組み込んでいるのであるが、使用による中性子
照射が進むと、下部中性子吸収部材の照射膨張が進み、
最終的には被覆管と干渉し、亀裂を発生せしめる虞れが
ある。従って、本発明は、使用時間を増大しても照射膨
張が少なく、被覆管の亀裂損傷の発生を防止して制御棒
の使用寿命が大幅に延長される原子炉用制御棒を提供す
ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】如上の課題を解決するた
め、本発明によれば、被覆管内に積重される複数の中性
子吸収部材を有する原子炉用制御棒において、中性子吸
収部材は銀−インジウム−カドミウム合金から形成さ
れ、下段にある前記中性子吸収部材は上段にある前記中
性子吸収部材より銀含有比が相対的に小さく、インジウ
ム含有比が相対的に大きくなるように選定されている。
前記中性子吸収部材は、好適には上部中性子吸収部材と
下部中性子吸収部材の２種類から構成され、下部中性子
吸収部材を構成する銀Ag−インジウムIn−カドミウムCd
合金の各成分元素の含有量の範囲が次のように選定され
る。
め、本発明によれば、被覆管内に積重される複数の中性
子吸収部材を有する原子炉用制御棒において、中性子吸
収部材は銀−インジウム−カドミウム合金から形成さ
れ、下段にある前記中性子吸収部材は上段にある前記中
性子吸収部材より銀含有比が相対的に小さく、インジウ
ム含有比が相対的に大きくなるように選定されている。
前記中性子吸収部材は、好適には上部中性子吸収部材と
下部中性子吸収部材の２種類から構成され、下部中性子
吸収部材を構成する銀Ag−インジウムIn−カドミウムCd
合金の各成分元素の含有量の範囲が次のように選定され
る。
【０００６】スウェリングの発生原因を検討すると、中
性子吸収部材の含有銀は中性子照射を受けて原子径の大
きいカドミウムに変わり、インジウムは原子径の小さい
錫に変わり、カドミウムは元素変換をしない。従来の銀
Ag−インジウムIn−カドミウムCd合金 Ag−１５In−５
Cdにおいては、銀の割合が多く全体として原子径増加と
なり、これが中性子吸収部材のスウェリング（体積膨
張）を起こす。従ってスウェリングの量を減らすには全
体として原子径の増加を小さくすればよいと判断され
る。以上の観点から各成分元素の含有量の範囲は次のよ
うになる。 カドミウムＣｄ この元素は中性子吸収能力が非常に大きいが、低融点金
属であるので、高温状態で使用する制御棒ではその量は
それほど大きくはできない。このため上限を１０％とす
る。一方、その含有量を大幅に下げると中性子吸収能力
の低下が著しくなり、実用に耐えなくなるので下限を５
％とする。以上を整理すると、５重量％≦Cd≦１０重量
％ となり、これは取りも直さず、銀とインジウムの合
計含有量が、９０重量％≦Ag＋In≦９５重量％ の条件
を満足させる必要があることを示している。 銀 銀Ag−インジウムIn−カドミウムCd合金 Ag−１５In−
５Cdでは、融点が約８００℃ですが、銀の量を５０％ま
で減らすと融点は約５００℃程度に低下し、通常運転時
の中性子吸収部材温度約４００℃を考えるとこれが下限
値となる。又、スウェリングを抑制して制御棒寿命を５
０％向上させるには、７０％以下が良い。一方、中性子
吸収能力についてみると、銀の含有量５０％を境にして
これより銀含有量が小さいと、従来のAg−１５In−５Cd
のものに比し中性子吸収能力が大きく減少するが、それ
以上であればAg−１５In−５Cdの中性子吸収能力と同等
の能力が得られる。 インジウム カドミウムを前述の範囲に留めれば、インジウムの含有
量は、銀の含有量と相補的関係にあり、銀の含有量によ
り定まる。
性子吸収部材の含有銀は中性子照射を受けて原子径の大
きいカドミウムに変わり、インジウムは原子径の小さい
錫に変わり、カドミウムは元素変換をしない。従来の銀
Ag−インジウムIn−カドミウムCd合金 Ag−１５In−５
Cdにおいては、銀の割合が多く全体として原子径増加と
なり、これが中性子吸収部材のスウェリング（体積膨
張）を起こす。従ってスウェリングの量を減らすには全
体として原子径の増加を小さくすればよいと判断され
る。以上の観点から各成分元素の含有量の範囲は次のよ
うになる。 カドミウムＣｄ この元素は中性子吸収能力が非常に大きいが、低融点金
属であるので、高温状態で使用する制御棒ではその量は
それほど大きくはできない。このため上限を１０％とす
る。一方、その含有量を大幅に下げると中性子吸収能力
の低下が著しくなり、実用に耐えなくなるので下限を５
％とする。以上を整理すると、５重量％≦Cd≦１０重量
％ となり、これは取りも直さず、銀とインジウムの合
計含有量が、９０重量％≦Ag＋In≦９５重量％ の条件
を満足させる必要があることを示している。 銀 銀Ag−インジウムIn−カドミウムCd合金 Ag−１５In−
５Cdでは、融点が約８００℃ですが、銀の量を５０％ま
で減らすと融点は約５００℃程度に低下し、通常運転時
の中性子吸収部材温度約４００℃を考えるとこれが下限
値となる。又、スウェリングを抑制して制御棒寿命を５
０％向上させるには、７０％以下が良い。一方、中性子
吸収能力についてみると、銀の含有量５０％を境にして
これより銀含有量が小さいと、従来のAg−１５In−５Cd
のものに比し中性子吸収能力が大きく減少するが、それ
以上であればAg−１５In−５Cdの中性子吸収能力と同等
の能力が得られる。 インジウム カドミウムを前述の範囲に留めれば、インジウムの含有
量は、銀の含有量と相補的関係にあり、銀の含有量によ
り定まる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。先ず図１を参照するに、制御棒
２０の薄肉のステンレス鋼等からなる被覆管２１の上端
は、上端部に取り付け用ねじ部を有する上部端栓２３に
よって閉じられ、他方下端は砲弾型の下部端栓２５によ
って閉じられている。そして内部に、上部中性子吸収部
材２７と下部中性子吸収部材２９が積重して収容され、
プレナム内に装填された押さえばね３１により下方に押
さえられている。図２は、その下部中性子吸収部材２９
と被覆管２１との関係を拡大して示しているが、長さ範
囲Ｒ内にある下部中性子吸収部材２９が通常の原子炉運
転時においても炉心の上部にあって中性子の照射を受け
る部分であり、２段細径部２９ａとなっている。そして
上部中性子吸収部材２７及び２段細径部２９ａを除く下
部中性子吸収部材２９の中性子吸収材料はAg−１５In−
５Cdであり、２段細径部２９ａの中性子吸収材料は、Ag
−５５In−５Cdが使用されている。
の実施形態を説明する。先ず図１を参照するに、制御棒
２０の薄肉のステンレス鋼等からなる被覆管２１の上端
は、上端部に取り付け用ねじ部を有する上部端栓２３に
よって閉じられ、他方下端は砲弾型の下部端栓２５によ
って閉じられている。そして内部に、上部中性子吸収部
材２７と下部中性子吸収部材２９が積重して収容され、
プレナム内に装填された押さえばね３１により下方に押
さえられている。図２は、その下部中性子吸収部材２９
と被覆管２１との関係を拡大して示しているが、長さ範
囲Ｒ内にある下部中性子吸収部材２９が通常の原子炉運
転時においても炉心の上部にあって中性子の照射を受け
る部分であり、２段細径部２９ａとなっている。そして
上部中性子吸収部材２７及び２段細径部２９ａを除く下
部中性子吸収部材２９の中性子吸収材料はAg−１５In−
５Cdであり、２段細径部２９ａの中性子吸収材料は、Ag
−５５In−５Cdが使用されている。
【０００８】図３にカドミウムCdを５％としたときの銀
Ag及びインジウムInの重量比とスウエリングとの関係を
示している。これは、銀、インジウム、カドミウム及び
錫の原子径がそれぞれ2.88Å、3.32Å，3.08Å，3.24Å
であることを基に算出した５年照射後のスウエリング量
を示している。従来から使用し、上部中性子吸収部材２
７の構成材料である Ag−１５In−５Cd のスウエリン
グ量は点Ａで表され、この量の３分の２を目標とすれば
スウエリング量は点Ｂ以下であれば良い。即ち銀Agは、
７０％以下であれば良いことが分かる。本実施形態で
は、銀Agは、４０％であるので、スウェリングは実質的
に発生しない。これはAg−５５In−５Cdの照射前の格子
体積が３０．７であり、照射後の格子体積が３０．６に
なることからも理解できる。なお、Ag−１５In−５Cdの
それぞれの格子体積が、２５．８，２６．２であること
からも本発明の効果も確認される
Ag及びインジウムInの重量比とスウエリングとの関係を
示している。これは、銀、インジウム、カドミウム及び
錫の原子径がそれぞれ2.88Å、3.32Å，3.08Å，3.24Å
であることを基に算出した５年照射後のスウエリング量
を示している。従来から使用し、上部中性子吸収部材２
７の構成材料である Ag−１５In−５Cd のスウエリン
グ量は点Ａで表され、この量の３分の２を目標とすれば
スウエリング量は点Ｂ以下であれば良い。即ち銀Agは、
７０％以下であれば良いことが分かる。本実施形態で
は、銀Agは、４０％であるので、スウェリングは実質的
に発生しない。これはAg−５５In−５Cdの照射前の格子
体積が３０．７であり、照射後の格子体積が３０．６に
なることからも理解できる。なお、Ag−１５In−５Cdの
それぞれの格子体積が、２５．８，２６．２であること
からも本発明の効果も確認される
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御棒の中性子吸収部材を上下方向に分割し、下側に位
置する中性子吸収部材を構成する銀−インジウム−カド
ミウム合金の銀の相対的な含有量が上部のものに比し小
さくしているので、たとえ常時原子炉炉心にあって中性
子照射を受けても、スウェリング量を大幅に減少させ、
被覆管の健全性を確保することができる。
制御棒の中性子吸収部材を上下方向に分割し、下側に位
置する中性子吸収部材を構成する銀−インジウム−カド
ミウム合金の銀の相対的な含有量が上部のものに比し小
さくしているので、たとえ常時原子炉炉心にあって中性
子照射を受けても、スウェリング量を大幅に減少させ、
被覆管の健全性を確保することができる。
【図１】本発明の実施形態を示す一部省略立面図であ
る。
る。
【図２】図１の一部を拡大して示す部分断面図である。
【図３】本発明の効果を説明するグラフである。
【図４】制御棒組立体の全体を示す斜視図である。
【図５】制御棒組立体の使用状態を示す一部省略の斜視
図である。
図である。
【図６】従来の制御棒の構造を示す側面図である。
【図７】図６の一部を拡大して示す部分断面図である。
２０ 制御棒 ２１ 被覆管 ２３ 上部端栓 ２５ 下部端栓 ２７ 上部中性子吸収部材 ２９ 下部中性子吸収部材 ２９ａ ２段細径部
Claims (3)
- 【請求項１】 被覆管内に積重された複数の中性子吸収
部材を有する原子炉用制御棒において、前記中性子吸収
部材は銀−インジウム−カドミウム合金から形成され、
下段にある前記中性子吸収部材は上段にある前記中性子
吸収部材より銀含有比が相対的に小さく、インジウム含
有比が相対的に大きいことを特徴とする原子炉用制御
棒。 - 【請求項２】 前記中性子吸収部材は、上部中性子吸収
部材と下部中性子吸収部材の２種類からなることを特徴
とする請求項１記載の原子炉用制御棒。 - 【請求項３】 銀Ag−インジウムIn−カドミウムCd合金
から形成された前記下部中性子吸収部材の成分元素の含
有量が次の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載
の原子炉用制御棒。 ９０重量％≦Ag＋In≦９５重量％， ５０重量％≦Ag≦７０重量％， ２０重量％≦In≦４５重量％
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08672097A JP3572163B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | 原子炉用制御棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08672097A JP3572163B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | 原子炉用制御棒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10282282A true JPH10282282A (ja) | 1998-10-23 |
| JP3572163B2 JP3572163B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=13894722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08672097A Expired - Fee Related JP3572163B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | 原子炉用制御棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3572163B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7460632B2 (en) | 2004-09-22 | 2008-12-02 | Areva Np Inc. | Control rod absorber stack support |
| JP2009503512A (ja) * | 2005-07-26 | 2009-01-29 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | 改良型グレイ棒制御集合体 |
-
1997
- 1997-04-04 JP JP08672097A patent/JP3572163B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7460632B2 (en) | 2004-09-22 | 2008-12-02 | Areva Np Inc. | Control rod absorber stack support |
| JP2009503512A (ja) * | 2005-07-26 | 2009-01-29 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | 改良型グレイ棒制御集合体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3572163B2 (ja) | 2004-09-29 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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